Abstract Single-cell isoform sequencing can reveal transcriptomic dynamics in individual cells invisible to bulk- and single-cell RNA analysis based on short-read sequencing. However, current long-read single-cell sequencing technologies have been limited by low throughput and high error rate. Here we introduce HIT-scISOseq for high-throughput single-cell isoform sequencing. This method was made possible by full-length cDNA capture using biotinylated PCR primers, and by our novel library preparation procedure that combines head-to-tail concatemeric full-length cDNAs into a long SMRTbell insert for high-accuracy PacBio sequencing. HIT-scISOseq yields > 10 million high-accuracy full-length isoforms in a single PacBio Sequel II 8M SMRT Cell, providing > 8 times more data output than the standard single-cell isoform PacBio sequencing protocol. We exemplified HIT-scISOseq by first studying transcriptome profiles of 4,000 normal and 8,000 injured corneal epitheliums from cynomolgus monkeys. We constructed dynamic transcriptome landscapes of known and rare cell types, revealed novel isoforms, and identified injury-related splicing and switching events that are previously not accessible with low throughput isoform sequencing. HIT-scISOseq represents a high-throughput, cost-effective, and technically simple method to accelerate the burgeoning field of long-read single-cell transcriptomics.

Abstract In diploid organisms, spatial variations between homologous chromosomes are essential to many biological phenomena. Currently, it is still challenging to efficiently reconstruct a high-quality diploid 3D human genome. Here, we introduce Dip3D, reconstructing the diploid 3D human genome using Pore-C data of one sample. Dip3D has solved multiple problems in genome-wide SNV calling and haplo-tagging caused by the high sequencing error rates in Pore-C type data. Dip3D capitalizes on the high-order chromosomal interaction characteristics, enabling robust haplotype imputation and intricate haplotype-specific 3D structure discovery. Dip3D outperforms previous methods in data utilization rate, contact matrix resolution, and completeness by one order of magnitude. Moreover, Dip3D allows capturing haplotype high-order interactions that are unseen in Hi-C type data. We demonstrated the identified haplotype substructures such as Topologically Associating Domains (TADs) in the constructed 3D human genome, and unraveled connections between genic haplotype-specific high-order interactions and imbalanced allelic expression.

Abstract Fragmented long noisy reads (FLNRs), such as Pore-C, contain multiple fragments of varied length separated by restriction enzyme sites. Existing alignment tools have a low mapping rate for short fragments and find incorrect fragment boundaries, which affects the utilization of FLNRs for downstream studies. Here, we develop Falign, a sequence alignment method that is adapted to the nature of FLNRs. Falign adopts a two-phase approach to efficiently align both long and short fragments. Falign uses the restriction enzyme sites on the reference genome as boundaries, which avoids the problem of destroyed fragment boundaries on FLNRs. Falign employs a multiple-stage searching mechanism to effectively recover the alignments of FLNRs with multiple fragments and interchromosomal fragments. Experiments on simulated and experimental fragmented long noisy 3C datasets show that Falign can effectively recover the constructs of reads and the sampled loci of the fragments. Falign allows significantly higher data utilization for FLNRs.

Magnetic reconnection is an important rapid energy release mechanism in astrophysics. Magnetic energy can be effectively converted into plasma kinetic energy, thermal energy, and radiation energy. This study is based on the magnetohydrodynamics simulation method and utilizes the FLASH code to investigate the laser-driven magnetic reconnection physical process of the Helmholtz capacitor-coil target. The simulation model incorporates the laser driving effect, and the external magnetic field consistent with the Helmholtz capacitor-coil target is written in. This approach achieves a magnetic reconnection process that is more consistent with the experiment. By changing the resistivity, subtle differences in energy conversion during the evolution of magnetic reconnection are observed. Under conditions of low resistivity, there is a more pronounced increase in the thermal energy of ions compared to other energy components. In simulations with high resistivity, the increase in electrons thermal energy is more prominent. The simulation gives the evolution trajectory of magnetic reconnection, which is in good agreement with the experimental results. This has important reference value for experimental research on the low-β magnetic reconnection.